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水稻栽培變“野”了!在世界各稻區(qū)均存在返祖現(xiàn)象
2020-04-21 07:35:33 來源: 科技日報
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  水稻在世界各稻區(qū)均存在返祖現(xiàn)象

  是什么讓栽培水稻變“野”了

  栽培水稻發(fā)生返祖現(xiàn)象后會呈現(xiàn)出籽實變小、紅皮的特征,經(jīng)過環(huán)境適應進化,種子一成熟即散落田間,之后與栽培水稻伴生。這種山寨版的水稻被稱為雜草稻,由于其遺傳背景與栽培稻極其相似,因此除草劑難以根除,嚴重影響水稻生產。

  不久前,由浙江大學農業(yè)與生物技術學院樊龍江教授領銜的國際研究團隊,通過對從涵蓋各大洲16個主要水稻生產國稻區(qū)抽取的524份雜草稻樣本進行研究,發(fā)現(xiàn)水稻在世界各稻區(qū)均存在返祖現(xiàn)象。

  水稻返祖現(xiàn)象源于繁衍之需

  返祖現(xiàn)象也稱野化或去馴化,是生物界經(jīng)常發(fā)生的一個遺傳現(xiàn)象,指栽培作物和家養(yǎng)牲畜等從人工環(huán)境回歸自然環(huán)境,恢復野生特征。

  研究團隊通過基因組重測序,并結合已有當?shù)卦耘嗟竞鸵吧净蚪M數(shù)據(jù)資源,在對樣本群體遺傳學分析后發(fā)現(xiàn),全球稻區(qū)發(fā)生的雜草稻都來自栽培稻,而且這個去馴化過程是一個持續(xù)的過程。

  一般認為,水稻的起源歷程,從野生經(jīng)過馴化與現(xiàn)代遺傳育種改良便結束了。因此有科學家認為雜草稻與栽培稻只是“近親”,沒有直接的血緣關系。但研究團隊的這項最新研究使人類對作物發(fā)展的歷史認知又向前推進了。

  樊龍江表示,每年收割水稻時都會有種子落粒,田里種子數(shù)量越多,進化出雜草稻的概率越大。因此,減少田間種子遺留的庫容,是減少雜草稻的重要手段。

  為什么進化中會出現(xiàn)返祖現(xiàn)象?研究結果表明,這是適者生存的自然選擇。隨著人們對水稻高產的不斷改良,谷粒變大且不易脫落的水稻便于收割增產提效。這一改良雖滿足了人類需求,卻改變了水稻的生存法則,使其原有的繁衍生存機制被破壞。

  “水稻的落粒特征,即種子成熟后回歸土壤,是其繁衍生存的關鍵,是其在自然界生存最重要的機制。同時將種子變小,也是為了便于傳播生長?!狈埥忉尩馈?/p>

  憑借雜交優(yōu)勢和栽培稻“較勁”

  據(jù)了解,雜草稻在我國大面積存在,特別在江蘇、廣東、遼寧和寧夏等地,雜草稻已成為除稗草外影響我國稻田最嚴重的雜草。

  已有科學研究表明,雜草稻在有限的空間中與栽培稻開展競爭,爭水分、爭光照、爭養(yǎng)料。雜草稻實力強勁的很大一部分原因,與其雜交起家的遺傳背景有關。

  在這次調查中,科研人員發(fā)現(xiàn)全球特別是在南美稻區(qū),有大量雜交起源的雜草稻,它們或是雜草稻之間或是雜草稻與栽培稻之間雜交形成。這種雜交,導致雜草稻同樣獲得了除草劑的抗性等。

  難以除凈雜草稻的另一個原因就是從外形上很難將其與水稻區(qū)別開來。此外,在苗期雜草稻就與栽培稻“較勁”,抽穗之后還會率先成熟。

  樊龍江認為,水稻通過稻苗移栽能夠很好地防控雜草稻。育秧讓水稻苗已經(jīng)長得很大,這樣一來雜草稻不容易趕上新插的秧?!艾F(xiàn)在水稻種植大多采用直接播種,省時省力。缺點就在于給了雜草稻與栽培稻一起發(fā)芽的機會,相同的‘起跑線’是導致雜草稻越來越多的原因之一。”

  古老基因啟發(fā)新型水稻育種

  雜草稻的危害性還來自其休眠特征——它在一定條件下能夠度過田間冬季的嚴酷環(huán)境,直到稻季才發(fā)芽。

  “這樣年復一年的結果就是雜草稻越來越多,終成大害?!狈埥f,水稻長,它就長。“如果一塊地閑置兩年重新種植水稻,雜草稻又會‘復活’?!?/p>

  栽培稻從野生稻馴化而來,是人類對其基因的重新選擇。而在去馴化的過程中,雜草稻發(fā)生了新的基因突變。研究人員對基因組選擇信號分析發(fā)現(xiàn),野化選擇的區(qū)域與馴化選擇的區(qū)域重疊率很低。

  研究團隊發(fā)現(xiàn)全球不同地區(qū)雜草稻存在一個共同的強烈基因組分化區(qū)域,即7號染色體一個0.5Mb區(qū)間。

  該區(qū)域包括與種子休眠、抗性相關的基因等,對雜草稻的環(huán)境適應性非常重要。此外,休眠性相關基因經(jīng)歷平行進化,在粳型雜草稻和栽培稻間分化明顯,可能在不同雜草稻群體野化過程中扮演重要角色。

  研究團隊希望將雜草稻“發(fā)芽率高長勢強”的優(yōu)點應用到水稻育種當中,通過提高自然適應能力,為增產增收開辟新的思路。上述研究成果已發(fā)表于學術期刊《基因組生物學》。(洪恒飛 柯溢能 記者 江 耘)

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【糾錯】 責任編輯: 邱麗芳
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